太阳风-磁层区域是日地空间重要的组成部分,太阳风-磁层耦合过程极其复杂,是太阳活动影响地球空间环境最直接最关键的环节之一。灾害性太阳活动会使地球空间环境产生剧烈变化,对空间技术系统和人类经济生活有着严重的危害,如航天器的受损和失常、导航和定位失准、无线电通讯中断、大气层臭氧的耗竭等等。为了保障航天活动的安全、太空的开发利用以及保护人类生存环境,一些空间天气过程,尤其是灾害性扰动事件就成为人们关注和预报的对象。地球磁层顶是太阳风和地球磁层的分界面,磁层顶位型的变化不仅反映上游太阳风参数的变化,还会影响磁层内部磁场结构,以及各电流体系和各区域空间分布状况。弓激波是超声速的太阳风遇到地球磁层障碍物形成的驻立激波。在遇到弓激波之前,太阳风各项参数还保持着从太阳出发时的规律和特性;在穿越弓激波进入磁鞘之后,各项参数发生明显的变化,例如:太阳风速度明显降低而密度则相应增大,等离子体温度、行星际磁场等也会发生相应的变化。因此,卫星和飞船等在穿越地球磁层顶和弓激波时其周围环境会发生显著变化,这些变化在灾害性空间天气时对航天器有着严重的危害。所以,磁层顶和弓激波是空间天气中非常重要的两个界面。对磁层顶和弓激波位型的研究不仅能使我们更好的了解太阳风和地球磁场相互作用的一些基本规律,还能帮助我们更好的预测磁层顶和弓激波的位置,预报灾害性空间天气事件,尽可能的减少灾害性空间天气对人类的危害。本博士学位论文就是利用全球磁流体力学模拟(MHD)以及相应的观测数据,计算分析磁层顶和弓激波位型随太阳风条件以及地球偶极倾角等参数的变化关系。本论文主要研究工作有:1.利用全球磁流体模拟的结果,研究了不同行星际磁场方向时日地连线上各项压强的相互转化关系及其对磁层顶处压力平衡的影响,发现不同行星际磁场方向时磁层顶处的压力平衡情况主要是受磁重联的影响。南向行星际磁场时,磁层顶处的热压占主导;而北向行星际磁场较大时(Bz>5nT),磁压占主导。本论文认为这个现象的原因是由于磁重联的影响。北向行星际磁场时,由于行星际磁场在磁层顶日下点处的方向与地球内禀磁场相同,所以不易发生磁重联,行星际磁场得以在磁层顶外侧发生积聚,当磁压积聚到大于热压时,磁压便占主导。南向行星际磁场时,磁层顶日下点处容易发生磁重联,磁场不易在日下点附近积聚,由太阳风动压转化的热压就占主导。另外本工作还发现,磁层顶外侧的总压(包括太阳风动压转化来的部分)随着南北行星际磁场的增加均增加。并且,由于南向行星际磁场的增加而增加的紧靠磁层顶外侧的热压是磁层顶日下点距离随南向行星际磁场的增大而减小的一个重要原因。但是这一增加的热压并不是行星际磁场由北向转为南向时磁层顶日下点距离减小的主要原因。与早期的理论解释一致,本论文认为这个现象的主要原因还是由于磁层顶内侧磁压的相对减少。2.利用全球磁流体模拟的结果,研究了太阳风压力系数与行星际磁场BY、BZ太阳风动压Pd、行星际磁场时钟角等上游太阳风参数以及下游日下点附近磁层顶张角的相关性。发现随着南北行星际磁场的增大,太阳风压力系数均增大,并且相同行星际磁场大小时,北向时的结果要大于南向时的结果;随着行星际磁场时钟角的增加,太阳风压力系数减小;随着太阳风动压的增大,北向行星际磁场时太阳风压力系数减小,而南向时增大。最后,本论文还发现:太阳风压力系数随着日下点附近磁层顶张角的增大而增大。3.利用全球磁流体模拟的结果以及相关弓激波穿越点的卫星观测数据,研究了地球偶极倾角对弓激波三维位型的影响,发现偶极倾角对弓激波的日下点距离和南北非对称性都有着不可忽略的影响。弓激波日下点距离和南北非对称性随着偶极倾角的增大而增大。弓激波日下点距离的变化可达一个地球半径左右。随着偶极倾角的正向增大,弓激波北半球的旋转对称张角增加而南半球的旋转对称张角几乎不变;北半球旋转非对称性略微减小而南半球旋转非对称性急剧减小。在GSM坐标系中,偶极倾角正向增大对弓激波某半球的影响与偶极倾角负向增大对弓激波另一半球的影响基本相同。偶极倾角对弓激波形状的影响具有南北对映的性质。4.利用全球磁流体模拟结果以及多卫星的弓激波穿越点观测数据,研究了行星际磁场时钟角对弓激波尾部横截面的影响,发现弓激波尾部横截面也存在着类似于磁层顶尾部横截面的拉伸现象,并且弓激波尾部横截面的这种拉伸现象与行星际磁场时钟角方向密切相关。弓激波尾部横截面沿着接近垂直于行星际磁场时钟角的方向拉伸,并且拉伸的方向略微靠近行星际磁场时钟角的方向。在北向行星际磁场分量较大时弓激波尾部横截面的拉伸程度随着行星际磁场时钟角的增加而增大,南向行星际磁场分量较大时拉伸程度随着行星际磁场时钟角的增加而减小。并且,本论文基于相应观测数据的结果也证实了弓激波尾部横截面的这种拉伸现象。